In gran parte delle piante la fotosintesi è associata la via metabolica della fotorespirazione, un processo che si ha solo in presenza di luce, con cui la pianta demolisce le sostanze organiche, in presenza di ossigeno, e libera CO2. In pratica disfa il lavoro che compie la fotosintesi senza recuperare energia dalla degradazione, però ottiene la CO2 di cui la pianta ha bisogno.
Il protagonista di questo processo è l'enzima rubisco. Questo enzima ha la capacità di legare sia la CO2 che l'O2 in base alla loro disponibilità. In condizioni normali fissa la CO2 al RuBP, ma se questo gas scarseggia il rubisco lega l'O2 e si innesca la fotorespirazione. In questa situazione si forma una sola molecola di PGA invece di 2 e una di acido fosfoglicolico e ciò rallenta la crescita della pianta poiché la quantità di glucosio dipende dalla disponibilità di PGA.
La fotorespirazione è un processo dispendioso che riduce l'efficienza della fotosintesi però rappresenta una soluzione alla carenza di CO2, rende più efficace l'assimilazione dei nitrati e consente la produzione di amminoacidi.
Piante C3, C4 e CAM
La maggior parte delle piante convoglia l'anidride carbonica che entra dagli stomi direttamente al ciclo di Calvin. Poiché il composto alla quale si unisce (3PGA) ha 3C, le piante sono dette piante C3. In ambiente secco le piante C3 sono costrette a chiudere gli stomi durante il giorno per non avvizzire, perciò si riduce l'efficienza della fotosintesi a causa della fotorespirazione, non entrando una quantità adeguata di CO2.
Alcune piante di climi tropicali, come il mais, la canna da zucchero e anche il grano e la gramigna fissano il carbonio anche se la concentrazione è bassa. Esse sfruttano il fatto che le cellule del mesofillo poste appena sotto l'epidermide sono praticamente a diretto contatto con la CO2 e non hanno bisogno di aprire gli stomi durante il giorno. In queste cellule essa viene fissata ad un composto intermedio, l'acido fosfoenolpiruvico (PEP), che porta alla formazione dell'acido ossalacetico a 4C - per cui si parla di piante C4 - per mezzo dell'enzima PEP-carbossilasi, che ha maggiore affinità per la CO2 rispetto al rubisco. L'acido ossalacetico passa nelle cellule vicine (cellule della guaina del fascio), dove libera la CO2 che sarà impiegata nel ciclo di Calvin. L'aumento della concentrazione di CO2 rende sfavorita la fotorespirazione. Le piante C4 hanno un vantaggio quando è disponibile una grande quantità di luce, alta temperatura e scarseggia l'acqua e ciò compensa il maggiore costo energetico rispetto alle piante C3.
Ci sono infine le piante CAM (Metabolismo acido delle Crassulaceae), tipico delle piante grasse e dell'ananas. Esse hanno sia la via C3 che la C4 non su cellule diverse, ma che si attivano in momenti diversi della giornata. Infatti, durante la notte si aprono gli stomi e assumono CO2 che viene fissata in un composto a 4C, e ceduta durante il dì al normale ciclo di Calvin quando gli stomi sono chiusi. In questo modo si ha una minore perdita di acqua e sono più competitive nei climi caldi e secchi rispetto alle C3 ma consumano 12 ATP in più.
